Topicos de Tecnologia de Concreto en El Peru PDF

----------------------- Page 1--------------------------------------------- Page 2----------------------ENRIQUE PASQUEL CARBAJALTOPICOS DE TECNOLOGIADEL CONCRETOEN EL PERU----------------------- Page 3-----------------------Enrique Pasquel CarbajalCalle 4, Mz E-5 No 163Los Alamos de MonterricoLima 33 - PerTelfono : 0051-1-3451937Fax: 0051-1-3450036Colegio de Ingenieros del PerConsejo NacionalAv. Arequipa 4947Lima 18 - PerTelfono : 0051-1-4456540Fax: 0051-1-4477143Prohibida la reproduccin parcial o totalde esta obra sin permiso expreso del autor.PROLOGO A LA SEGUNDA EDICIONii----------------------- Page 4----------------------Noviembre 1998iii----------------------- Page 5----------------------iv----------------------- Page 6----------------------PREFACIO DEL AUTOR A LA SEGUNDA EDICIONEl apoyo brindado por el Colegio de Ingenieros del Per en Noviembre de1993, posibilit la primera edicin de este trabajo, que se constituy en elLibro 17 de la Coleccin del Ingeniero Civil ideada y promovida tanexitosamente por Antonio Blanco durante su gestin al frente del Captulode Ingeniera Civil.Nuevamente la iniciativa de Antonio Blanco como actual Decano Nacionaldel CIP ha hecho factible la presente edicin al haberse agotado laanterior, por lo cual le expresamos nuestro mayor agradecimiento.Hemos hecho una revisin completa del libro en la bsqueda de mejorarloy complementarlo en aspectos que han tenido la gentileza de hacernosnotar colegas, estudiantes y amigos, durante los cursos, conferencias yseminarios que hemos dictado en varias ciudades del pas, y por elconvencimiento que un trabajo de este tipo siempre puede y debeperfeccionarse , ameritando cada nueva edicin incorporar un esfuerzo enese sentido.Es as que en el Apndice se ha aadido a la informacin suministrada porlos fabricantes locales de cemento en 1993, la remitida posteriormente poraquellos que accedieron a actualizarla; hemos ampliado el captulo 8referido a la evaluacin estadstica de resultados de resistenciaenconcreto, se han complementado los Captulos 11 y 12 incorporando losltimos avances cientficos relativos al diagnstico de la reactividadalcalina en agregados y concreto endurecido, y se ha replanteado elcaptulo 13 enfocndolo desde la perspectiva de la Calidad Total, que esun tema de gran vigencia a nivel internacional, que merece ser difundidopor la trascendencia que tendr en un futuro no muy lejano en la industriade la construccin , como ya la tiene en otras reas de la actividadproductiva.Finalmente, se han introducido algunas correcciones gramaticales y desintaxis para una mejor comprensin del texto, se han mejorado las tablasy gran parte de los grficos, aadindose un ndice alfabtico para laubicacin fcil de los diversos temas.ENRIQUE PASQUEL CARBAJALNoviembre 1998v----------------------- Page 7----------------------vi----------------------- Page 8----------------------DEDICATORIAA mi padre el Ing. Francisco Pasquel Ormaza y a la memoria de mi abueloel Ing. Francisco Pasquel y Cceres.vii----------------------- Page 9----------------------viii----------------------- Page 10----------------------AGRADECIMIENTOLa idea de escribir este libro data de hace varios aos, pero no hubiera sidoposible hacerla realidad sin el estmulo y apoyo desinteresado de misamigos y colegas Juan Bariola, Gianfranco Ottazzi y Antonio Blanco, paraconcretar su redaccin y publicacin .Un reconocimiento especial a mi padre por su gran aporte en el desarrollodel Captulo 1.Finalmente, el agradecimiento ms profundo a mi esposa Adela y a mishijos Enrique y Christian, por toda su ayuda y comprensin durante eltiempo dedicado a la culminacin de este trabajo.E.P.C.Nov. 1993ix----------------------- Page 11----------------------x----------------------- Page 12----------------------INTRODUCCION" La prctica sin ciencia es como un barco sin timn "Leonardo DaVinci, 1452-1519La premisa que antecede a este prrafo, establecida por uno de los mayoresgenios de la humanidad en una poca en que paradjicamente elempirismo era el derrotero en la bsqueda de las respuestas alosfenmenos naturales, resulta hoy en da de una vigencia notable, sireflexionamos en que lo concluido hace cuatro siglos constituye en elpresente con todos los avances cientficos logrados, el camino lgico yobligatorio en el desarrollo y aplicacin de cualquier tecnologa.En el caso particular de la Tecnologa del Concreto, hace ya algunos aosque se viene relegando en nuestro pas la importancia de este campo,dndole la connotacin equivocada de una especialidad con base cientficalimitada, que se aprende con la prctica .Es una realidad, que en nuestras universidades, se dicta por lo generaldurante la formacin del ingeniero civil slo un curso de Tecnologa delConcreto, y algunas veces dentro de un curso general de "Materiales deConstruccin", pese a que es el concreto el material que debe dominar casia diario el profesional de la construccin. Sin embargo, se instruye alfuturo ingeniero con mtodos de clculo y diseo estructural cada vez mascomplejos y refinados, que si bien son fundamentales, en muchos casospierden su eficacia y trascendencia, cuando en las obras se suman loserrores y deficiencias por desconocimiento de los conceptos que gobiernanel producto final, por falta de actualizacin y profundidad en estos temas.Nuestro pas cuenta con toda la gama de climas y condiciones ambientalesposibles, y que en algunos casos son singulares, por lo que problemas tanantiguos como son el producir tcnicamente concreto durable en la sierra yel altiplano, trabajar en forma cientfica y eficiente con agregadosmarginales como es el caso de nuestra selva, o superar profesionalmentelas dificultades de hacer concreto en climas clidos como sucede en lamayor parte de la costa, estn a la espera de soluciones creativas de usocorriente que contribuyan al avance de la Tecnologa del Concreto local.xi----------------------- Page 13----------------------El objetivo de este libro es el de proveer las herramientas cientficasbsicasparaconocer,empleary evaluarprofesionalmenteelcomportamiento de un material como el concreto que tiene un potencialinagotable tanto en su uso como en la investigacin de los fenmenos quelo afectan.Pese a tocarse los temas clsicos de cualquier libro sobre Tecnologa delConcreto, se ha pretendido enfocarlos dentro de la ptica de las realidadesde nuestro pas, con apreciaciones personales que quizs resulten enalgunos casos polmicas, pero elaboradas con el nimo de reflexionar conel lector en la bsqueda de soluciones para el progreso de esta especialidaden nuestra patria.Se ha tratado de incorporar la informacin tcnica mas actualizada con laslimitacionesdelavancecontinuoqueexisteenestecampo,complementadaconrecomendacionesprcticasemanadasdelaexperiencia cientfica comprobada en diversas obras por el autor.No creemos haber cubierto todos los temas y no dudamos queseencontrarn aspectos que quizs merecieron otro tratamiento o estnincompletos , pero si este trabajo con sus limitaciones contribuye enaportar a los lectores algunas respuestas y soluciones, a sus problemascotidianos en el empleo del concreto, nos sentiremos satisfechos ya queeste libro habr cumplido su cometido.El AutorWILBER CUTIMBO CHOQUEe-mail:[email protected]. 953686056MOQUEGUA - PERUxii----------------------- Page 14----------------------INDICEPginaCAPITULO 1.RESEA HISTORICA DE LA TECNOLOGIA DELCONCRETO EN EL PERU............................................................11.01.11.21.31.41.5Introduccin.El Imperio Incaico.La Colonia.Los Gremios.La Repblica del Siglo XIX.El Siglo XX.CAPITULO.2.CONCEPTOS GENERALES SOBRE EL CONCRETOY LOS MATERIALES PARA SU ELABORACION..............112.0Introduccin.2.1La Tecnologa del Concreto. Conceptos fundamentales.2.2Los componentes del Concreto.CAPITULO 3.EL CEMENTO PORTLAND ......................................................173.0Introduccin.3.1Fabricacin del Cemento Portland.3.2Composicin del Cemento Portland.3.3Las frmulas de Bogue para el clculo de la composicinpotencial de los cementos.3.4Mecanismo de hidratacin del cemento.3.5Estructura de la pasta del cemento hidratado.3.6Tipos de cemento y sus aplicaciones principales.3.7Los Cementos Peruanos y sus caractersticas.3.8Condicionesde controlyalmacenajeenobraysusconsecuencias.CAPITULO 4.EL AGUA EN EL CONCRETO..................................................59xiii----------------------- Page 15----------------------4.04.1Introduccin.El agua de mezcla.4.2El agua para curado.CAPITULO 5.LOS AGREGADOS PARA CONCRETO.................................695.0Introduccin.5.1Clasificacin de los Agregados para Concreto.5.2Caractersticas Fsicas.5.3Caractersticas Resistentes.5.4Propiedades Trmicas.5.5Caractersticas Qumicas.5.6Caractersticas Geomtricas y morfolgicas.5.7El anlisis Granulomtrico.5.8El Mdulo de Fineza.5.9La Superficie Especfica.5.10Mezcla de Agregados.5.11Evaluacin de la calidad y la gradacin de agregados.5.12Exploracin y explotacin de Canteras.CAPITULOADITIVOS6.06.16.26.36.46.56.66.76.86.96.PARA CONCRETO...............................................113Introduccin.Clasificacin de los Aditivos para Concreto.Aditivos acelerantes.Aditivos Incorporadores de aire.Aditivos reductores de agua - Plastificantes.Aditivos Superplastificantes.Aditivos Impermeabilizantes.Aditivos Retardadores.Curadores Qumicos.Aditivos Naturales y de procedencia corriente.CAPITULO 7.PROPIEDADES PRINCIPALES DEL CONCRETO...........1297.0Estructura Interna del Concreto.7.1Propiedades Principales del Concreto fresco.7.2Propiedades Principales del Concreto Endurecido.xiv----------------------- Page 16----------------------CAPITULO 8.EVALUACION ESTADISTICA DE LOS RESULTADOSDE ENSAYOS DE RESISTENCIA EN CONCRETO..........1458.0Introduccin.8.1Fundamentos Estadsticos.8.2Criterios Generales.8.3Criterios del Reglamento ACI-318.8.4Criterios del Reglamento Nacional de Construcciones.CAPITULO 9.DISEO DE MEZCLAS DE CONCRETO NORMALES...1719.0Introduccin.9.1Parmetros bsicos de los mtodos de diseo de mezclas deConcreto.9.2Pasos generales en los mtodos de diseo de mezclas.9.3El Mtodo Tradicional del ACI y sus alcances.9.4Mtodos basados en curvas tericas.9.5Mtodos basados en curvas empricas.9.6El Mtodo del Mdulo de fineza Total.9.7Optimizacin de Diseos de Mezcla en Obra.CAPITULO 10.CONCRETOS ESPECIALES...................................................21310.0Introduccin.10.1Concreto Masivo.10.2Concreto Compactado con Rodillo.10.3Concreto Ligero.10.4Concreto Anti-contraccin.10.5Concreto Fibroso.10.6Concreto Refractario.10.7Concreto Sulfuroso.10.8Concreto Impregnado con polmeros.10.9Concreto cementado con polmeros.10.10Concreto de cemento portland polimerizado.10.11Concreto con cenizas voltiles.10.12Concreto con microslice.xv----------------------- Page 17----------------------10.13 Concreto con agregado precolocado.10.14 Concreto lanzado o shotcrete.10.15 Concreto Pesado.CAPITULO 11.CAMBIOS VOLUMETRICOS EN EL CONCRETOFISURACION, CAUSAS Y CONTROL..................................23711.0Introduccin.11.1Fenmenos causantes de los cambios Volumtricos.11.2Contraccin o Retraccin.11.3Contraccin intrnseca o espontnea.11.4Contraccin por secado.11.5Factores que afectan la contraccin por secado.11.6Contraccin por carbonatacin.11.7Flujo o Fluencia.11.8Cambios Trmicos.11.9Agresin Qumica Interna y Externa.11.10 Control de los cambios volumtricos.11.11 Control de la contraccin y el flujo.11.12 Control de los cambios trmicos.11.13 Control de la agresin qumica.CAPITULO 12.LA DURABILIDAD DEL CONCRETO, COMOESTABLECERLA Y CONTROLARLA.......................................27312.0Introduccin.12.1Factores que afectan la durabilidad del concreto.12.2Congelamiento y deshielo y su mecanismo.12.3Control de la durabilidad frente al hielo y deshielo.12.4Ambiente qumicamente agresivo.12.5Efecto de compuestos qumicos corrientes sobre el concreto.12.6Cloruros.12.7Sulfatos.12.8Control de la agresin qumica.12.9Abrasin.12.10 Factores que afectan la resistencia a la abrasin del concreto.12.11 Recomendaciones para el control de la abrasin.12.12 Corrosin de metales en el concreto.12.13 Mecanismo de la corrosin.xvi----------------------- Page 18----------------------12.1412.1512.1612.1712.18Como combatir la corrosin.Reacciones qumicas en los agregados.Reaccin Slice-Alcalis.Reaccin Carbonatos-Alcalis.Recomendaciones sobre reacciones qumicas en los agregados.CAPITULO 13.LA CALIDAD EN LA INDUSTRIA DE LA CONSTRUCCIONY LA CONSTRUCCION CON CONCRETO..............................31713.0Introduccin.13.1Conceptos Bsicos de calidad13.2La calidad en la industria de la construccin y la construccin conconcreto.13.3Control de calidad del concreto13.4Conceptos estadsticos bsicos para evaluar resultados de pruebasstandard de control de calidad del concreto.13.5Control de calidad de los materiales para la fabricacindelconcreto.13.6Control de calidad del concreto fresco.13.7Control de calidad del concreto endurecido.APENDICEInformacin suministrada por fabricantes de cemento.......................351INDICE ALFABETICO..................................................................373-----OO----WILBER CUTIMBO CHOQUEe-mail:[email protected]. 953686056xviiMOQUEGUA - PERU----------------------- Page 19----------------------xviii----------------------- Page 20----------------------CAPITULO 1RESEAHISTORICACONCRETO EN EL PERU.1.0DELATECNOLOGIADELINTRODUCCION.La Tecnologa del Concreto a nivel mundial ha venido ligada a la historiadel cemento y al desarrollo de la Ingeniera Civil, y en el Per sucedi algosimilar.En esta breve resea se abordan en apretada sntesis los aspectos generalesque ligan nuestras races histricas con los aspectos tcnicos que fueroncreando las bases de la Ingeniera Civil local y consecuentemente latecnologa en lo que al concreto se refiere.Creemos que es importante conocer aunque sea someramente los hechos yaportes en su mayora annimos de los que nos antecedieron en pocas ycondiciones quizs mucho ms duras y difciles que la actual,reflexionamos sobre las tremendas limitaciones que debieron afrontar, yque pese a ello sobreponindose a esos retos, cimentaron la estructuracientfica y tecnolgica que hoy da aprovechamos.si1.1EL IMPERIO INCAICO.No obstante que los antiguos peruanos tuvieron slidos conocimientossobre astronoma, trazado y construccin de canales de irrigacin,edificaciones de piedra y adobe, no existen evidencias del empleo deningn material cementante en este perodo que se caracteriz por undesarrollo notable del empleo de la piedra sin elementos ligantes de uninentre piezas.Constituye un misterio hasta nuestros das cmo sin el conocimiento de larueda ni un sistema de escritura completo, lograron nuestros antepasadosadelantos tan notables para aquellos tiempos en aspectos comolaagricultura, irrigacin, vialidad y edificacin que obviamente compensaronla no disponibilidad de otros recursos tcnicos.1----------------------- Page 21----------------------1.2LA COLONIA.Desde la poca de los egipcios, griegos y romanos se empleaban cementosnaturales rudimentarios, sin embargo los primeros antecedentes del empleode materiales aglomerantes cementantes en el Per datan del siglo XVIen la Colonia, en que los espaoles implantan los conocimientos tcnicosde la poca con marcada influencia rabe consecuencia de nueve siglos deocupacin de la Pennsula Ibrica. Con el auge y riqueza del Virreinato delPer crecen las edificaciones y el ornato de las ciudades, motivando elempleo de materiales y tcnicas mas elaboradas.Una descripcin muy ilustrativa de los usos constructivos de aquella etapahistrica se halla en uno de los estudios del Arq. Hctor Velarde (Ref.1.1):" Las calles de la Lima colonial eran inconfundibles. La primeraimpresin que reciba el viajero era la de estar en una ciudad musulmana;el ambiente rabe dado por la profusin y variedad de los balcones demadera salientes, cerrados como armarios calados y suspendidos en lasfachadas, era de los mucharabies del Cairo. En las construccionescoloniales, generalmente de dos pisos, los cimientos eran de piedra grandede ro "amarradas" y con mezcla de cal y arena lo que se denominaba elcalicanto; los muros gruesos de adobe en la primera planta, revestidoscon barro hecho de arcilla de chacra fina y escogida. La segunda plantase construa con telares de piezas de madera de seccin rectangularformando marco con sus diagonales de refuerzo que l e daban rigidez; nose unan con clavos o alcayatas sin se empleaban tiras de cuero mojado,que al secarse los ajustaba; luego se cubran con caa y se revestan conbarro fino. Los techos eran de tablones de madera sobre cuartonera deseccin gruesa tambin de madera cubiertos con una capa de torta debarro con paja para resguardarla de la gara limea."Como se observa, el "concreto" rudimentario de aquella poca empleaba elcalicanto como aglomerante con inclusin de piedras de diversos tamaosen lo que sera una especie de concreto ciclpeo actual. Su uso se limitabapor lo general a las cimentaciones, aunque existen evidencias de algunasestructuras con arcos de medio punto en que se utiliz eficientemente estematerial.La tradicin limea cuenta que el puente de piedra sobre el Ro Rimaciniciado en el ao 1,608, concluido en 1,610 y que an existe, se edific2----------------------- Page 22----------------------agregando al mortero de cal y arena huevos frescos en gran cantidad paramejorar sus propiedades resistentes, en lo que constituira uno de losintentos ms precoces y pintorescos en el empleo de "aditivos" en el pas.Es interesante anotar que en este perodoerapreponderante la tcnica de construccin desedesarrollademanfortificaciones militares,iglesias y conventos que hoy en da testimonian las bondades de loscriterios de diseo y procedimientos constructivos empleados con losmateriales disponibles, destacando entre ellas la Catedral de Lima que es eledificio de adobe ms alto del mundo.1.3LOS GREMIOS.Se originan en la Colonia emulando organizaciones similares en Europa ysubsistiendo hasta bien avanzada la Repblica como agrupaciones depersonas dedicadas a la prctica de un arte u oficio. Deban pagar patentepor ejercer su especialidady estabanregidospor reglamentosydisposiciones especiales que deban cumplirse con escrupulosidad y rigidezbajo pena de sanciones severas.Constituyen los antecesores de los Colegios profesionales de hoy, pero conuna organizacin sumamente elitista y en algunos casos secreta quebuscaba cautelar sus conocimientos as como el desarrollo y uso adecuadode los mismos.Dentro de cada gremio, los asociados se clasificaban en aprendices,compaeros y maestros, segn sus aptitudes. El gremio que agrupaba a losprofesionales de la construccin era el de los albailes, cuyo nombreproviene del rabe albbani (Maestros en el arte de construir) y que incluaa los arquitectos, los maestros mayores, los alarifes (del rabe alarif=maestro), los oficiales (que dominaban un oficio dentro de la construccin) y los aprendices.La importancia histrica del gremio de albailes en el Per reside en quepermiti conservar transmitir y profundizar los conocimientos tcnicos deaquel entonces para el trnsito hacia la evolucin tecnolgica aceleradaque se origin en el Siglo XIX y que contina en la actualidad.3----------------------- Page 23----------------------1.4LA REPUBLICA DEL SIGLO XIX.En 1820 , en el Per se conservaban an las caractersticas arquitectnicasy prcticas constructivas de la colonia, que se mantuvieron hasta bastantedespus de nuestra Independencia de Espaa.Segn indica el historiador Dr. Hctor Lpez Martnez (Ref.1.2):" La Lima de 1821 contaba con 70,000 habitantes, una gran plaza mayor ynumerosas plazuelas, trescientas calles de castizos y pintorescos nombres,cerca de 4,000 casas, cincuenticuatro iglesias, un teatro, una Universidady tambin un cementerio reciente moderno, considera do un adelanto enbeneficio de la higiene y salubridad".Un elemento importantsimo en el avance tecnolgico, lo constituy lainvencin de la mquina de vapor, su repercusin en el desarrollo de lasindustrias y consecuentemente el nacimiento de nuevas necesidades que laIngeniera tuvo que satisfacer. El siglo XIX se ha sealado como el siglode la mquina de vapor, el carbn y los ferrocarriles.En el ao 1824 Joseph Apsdin un constructor ingls, patenta un proceso decalcinacin de caliza arcillosa que produca un cemento que al hidratarseadquira, segn l, la misma resistencia que la piedra de la isla de Portlandcerca del puerto de Dorset, con lo que se marca el punto de partida para elnacimiento de la Tecnologa del Concreto.(Ref.1.3)En 1840 la "Pacific Steam Navegation Company", estableci una lnea debarcos a vapor ente Europa y Amrica del Sur para el intercambiocomercial, y alrededor del ao 1850 empieza a llegar cemento en barrilesde madera desde Europa, donde en 1840 se haba establecido en Francia laprimera fbrica de cemento Portland del mundo, luego en Inglaterra en1845, en Alemania en 1855 ,en E.E.U.U. en 1871 y a partir de ah sedifunden por todo el mundo.El nuevo material se usa inicialmente para mejorar la tcnica de lascimentaciones, la mampostera y los acabados, sirviendo de complementoal acero, que con el auge de los descubrimientos de la metalurgia delhierro, se convierte en el material de construccin por excelencia,permitiendo la construccin de edificios, techos de grandes luces, puentes,ferrocarriles, acueductos y otros.4----------------------- Page 24----------------------El desarrollo de la Ingeniera se acelera a nivel mundial en virtud delanecesidad de aprovechar al mximo el potencial de los nuevos recursospara la construccin, estimulndose la investigacin cientfica y laformacin de escuelas para los ingenieros.En el Per, la segunda mitad del siglo XIX se caracteriza por el nfasis enla modernizacin del pas mediante obras pblicas, estimuladas por lossucesivos gobiernos de turno. Se produce la contratacin de ingenierosextranjeros para la ejecucin de los diferentes proyectos, y participantambin algunos ingenieros peruanos graduados en el extranjero, ya que noexista an una escuela para formarlos en el pas.Algunas obras que marcaron un hito en el desarrollo de la ingeniera en esapoca fueron (Ref.1.4) :El alumbradoa gas en Lima(1855),el ferrocarril de AricaaTacna(1856),la instalacin del telgrafo elctrico (1857),la instalacin dela red domiciliaria de agua potable mediante caeras de fierro (1857),elmuelle de Pisco (1858), el ferrocarril a Chorrillos, la Penitenciara de Limaconstruida con granito del cerro San Bartolom y ladrillo, que durante aosfue el edificio ms grande y slido de la capital(1862),el ferrocarril deMollendo a Arequipa, construido por la empresa de Enrique Meiggs en 3aos empleando 3,000 obreros peruanos y 9,000 bolivianos, el Palacio dela Exposicin hoy en da Museo de Arte (1872),el Hospital 2 de Mayo(1875) que en ese momento fue uno de los mejores de Sudamrica concapacidad para 600 pacientes. Es conveniente resaltar que la intervencinde Enrique Meiggs en el Per, tuvo un significado especial para lasconstrucciones civiles en nuestro pas pues constituy la apertura a lamodernidad de la tcnica constructiva y un gran aporte no slo por lafuerza impulsora empresarial que imprimi y desarroll sin que lostcnicos que trajo para las obras, que en conjuncin con los mejores quetrabajaban en nuestro medio constituyeron el sustento para la creacinposterior de la Escuela de Ingenieros.(Ref.1.5)La enumeracin de estas obras obviamente incompleta, tiene la intencinde resaltar la magnitud del gran salto tecnolgico que significaron ensupoca si se toma en cuenta que Lima contaba en el ao 1869 con 140,000habitantes y el pas con una poblacin de dos millones y medio depersonas, con grandes limitaciones en cuanto a la disponibilidad deprofesionales y recursos.5----------------------- Page 25----------------------Mientras no exista una institucin para formar Ingenieros Civiles, seestableci en 1852 la Comisin Central de Ingenieros Civiles y en 1860 elReglamento de Ingenieros, que fijaron los requisitos para ser "Ingenierodel Estado", sealndose que podan obtener esta calidad los ingenierosperuanos y extranjeros graduados en alguna Universidad donde se ensearala especialidad de Ingeniera Civil, pero tambin podan obtenerlacalificacin los peruanos de instruccin secundaria completa que hubierantrabajado en las obras pblicas durante un cierto tiempo, debiendo rendirun examen ante un jurado de Ingenieros nombrado por la DireccinGeneral de Obras Pblicas. Los exmenes versaban sobre las materias deMatemticas,Geometraanaltica, Fsica, Qumica,Dibujolineal,Topografa, Procedimientos de Construccin, Materiales de Construccin,y sobre la prctica realizada en el campo en caminos, puentes, ferrocarrilesetc. Esto indicaba pues el trnsito oficial del empirismo a la prcticacientfica de la profesin en armona con la evolucin tecnolgica delmomento.En el ao 1876, se logra un paso importantsimo al fundarse la EscuelaNacionalde Ingenieros(hoy UniversidadNacionalde Ingeniera),promovida por el presidente Manuel Pardo, quien encarga su direccin alIng. polaco Eduardo de Habich ,siendo sus primeros profesores losIngenieros Francisco Wakulski, Ladislao Kluger, Pedro Jacobo Blanc,Eduardo Brugada, Jos Sebastin Barranca y Jos Granda.(Ref.1.4)El ao 1880 egresa la primera promocin con cuatro Ingenieros dos de laespecialidad de Minas (Ings. Segundo Carrin y Pedro Remy) y dos Civiles(Ings. Eduardo Giraldo y Daro Valdizn). Durante la ocupacin chilena(1880- 1883) sigue funcionando la Escuela de Ingenieros, dictndose lasclases gratuitamente en el local del colegio de Don Jos Granda, pero sinegresarninguna promocin hasta 1882. A partir de 1886 slo egresanIngenieros de Minas, hasta el ao 1892 en que se instituye la EscuelaEspecial de Ingenieros donde ya se oficializa y consolida la especialidad deIngeniera Civil.Al finalizar el Siglo XIX, mientras el Per inicia el resurgimiento luego dela guerra del Pacfico, en Europa y Norteamrica se inicia la era delConcreto armado, el motor a explosin y la electricidad.6----------------------- Page 26----------------------1.5EL SIGLO XX.En las dos primeras dcadas del presente siglo, se inauguran y difunden losservicios de las empresas elctricas, y se ejecutan algunas obras enconcreto armado, sin embargo es durante el gobierno de Augusto B. Leguaque se da un impulso particular a las obras civiles, que enrumba laorientacin definitiva de esta especialidad, ya que la marcada preferenciade Legua por los E.E.U.U., propicia la adjudicacin de contratos a variasempresas norteamericanas que se afincaron durante gran nmero de aosen el pas, introduciendo su tecnologa e influencia en cuanto aametodologa cientfica, influencia que se ha mantenido hasta la actualidady que ha sido beneficiosa en relacin al concreto por el liderazgo evidenteque desarrollan los norteamericanos en este campo.En el ao 1915 llega al Per la compaa constructora norteamericanaFoundation Co. para ejecutar entre muchos proyectos el terminal martimodel Callao y la pavimentacin de Lima, entre cuyas obras principalesestuvola carretera Lima-Callao(antigua Av.Progreso, hoyAv.Venezuela),las avenidas de Lima a Miraflores, Lima a Magdalena, la Av.Costanera y otras ms. La Foundation trae los primeros hornos parafabricacin de cemento, con lo que se inicia la Tecnologa de concretolocal. El ao 1916, la Compaa Peruana de Cemento Portland compra loshornos a la Foundation e instala en el Rmac la primera fbrica de cementocomercial del Per (Compaa Peruana de Cemento Portland) empleandomateria prima de Atocongo. Entre 1955 y 1975 se crean las fbricas decemento Chilca, Lima, Andino, Chiclayo, Pacasmayo, Sur y Yura, que vandesarrollando diferentes tipos de cemento.En la tercera dcada del siglo se construyen en Lima importantes edificioslen concreto armado como el Palacio de Justicia, el Hotel Bolvar, el ClubNacional, el Country Club, la imprenta de "EL Comercio, el Banco deLondres y Amrica del Sur entre otros.Conla creacin de la especialidadde IngenieraCivil en otrasUniversidades a mediados de los aos 30 (Universidad Catlica 1933), laparticipacin cada vez mayor de profesionales graduados en el extranjeroen las labores docentes, y la asignacin de obras importantes a empresasconstructoras peruanas, se fue desarrollando una Tecnologa local que hacontado la mayora de las veces con aportes annimos de grandes7----------------------- Page 27----------------------profesionales nacionales que, con las limitaciones de nuestra realidad hanhecho posible obras que an perduran.En los aos 50, se consolidan las grandes empresas constructorasnacionales, varias de ellas fundadas una dcada antes ,y se establece enLima la primera empresa de concreto premezclado , lo que constituye eldespegue de la Tecnologa nacional en el campo del concreto y laconstruccin. Se disean y ejecutan por profesionales peruanos, grancantidad de obras en concreto armado : edificios pblicos y privados,puentes,pistas, aeropuertos,viaductos,represas,hidroelctricas,irrigaciones, etc. desarrollndosetcnicas y procesosconstructivosoriginales, que sealaron un avance notable en este campo , enfatizandolas universidades la formacin de Ingenieros Civiles especialistas endiversas reas.A partir de la dcada de los aos 70, se relega paulatinamente en nuestropas la importancia que tiene la Tecnologa del Concreto dentro de laIngeniera Civil, por un lado debido a los violentos cambios polticos,sociales y econmicos ocurridos a partir de esos aos, que distorsionaronen muchos casos la funcin de investigacin de las Universidades, y porotro la informalidad generalizada, que fue sedimentando en muchoscolegas y gente involucrada en el campo de la construccin la ideaequivocada, que "cualquier persona puede hacer un buen concreto", que "elconcreto es un material noble que puede absorber nuestros errores", o que"ya todo est investigado en lo que al concreto se refiere".En la dcada de los 80 , se empiezan a ejecutar tesis de investigacin enTecnologa del Concreto en algunas Universidades, y principalmente en laUniversidad Nacional de Ingeniera propiciadas por el Ing. Enrique RivvaLpez, uno de los mayores estudiosos y propulsores de esta especialidad enel pas, constituyendo una iniciativa de progreso muy importante.En la dcada actual, se plantea un reto muy importante en el desarrollolocal de esta ciencia, ante la perspectiva del adelanto notable a nivelmundialdelas tcnicas, aditivos,conocimientoscientficos yprocedimientos constructivos con concreto y la necesidad de no relegarnosen estos avances en aras del progreso de la Ingeniera nacional.La tradicin histrica brevemente reseada en cuanto a la Ingeniera Civil,y consecuentemente la Tecnologa del Concreto Nacional, nos debe hacerreflexionar en que tenemos a la mano la posibilidad de aprender enretrospectiva de los errores y los aciertos de muchsimas obras ejecutadas8----------------------- Page 28----------------------que estn a la espera de ser analizadas y evaluadas con el criterio degrandes laboratorios a escala natural, y desde otra perspectiva, cada nuevaobra debe constituir un aporte ms en el desarrollo de esta Tecnologa,registrando, difundiendo y discutiendo las soluciones y dificultadeshalladas, e inculcando en los discpulos y colegas la necesidaddecontribuir a este desarrollo preservando el espritu de progreso de aquellosque nos precedieron.-----OO----9----------------------- Page 29----------------------REFERENCIAS BIBLIOGRAFICAS1.1Hctor Velarde .- "Casas y Palacios ".Lima, 1950.1.2Hctor Lpez Martnez.- " Lo cotidiano del gran da 28 de Julio de1,821. Suplemento de " El Comercio ", Lima 25-07-93.1.3A.M. Neville.- " Tecnologa del Concreto ".Mxico 1,977.1.4Jorge Basadre.- " Historia de la Repblica del Per ". Lima, 1960.1.5Estuardo Nuez.- " Biblioteca Hombres del Per ".Cuarta Serie.Lima, 1966.-----OO----10----------------------- Page 30----------------------CAPITULO 2CONCEPTOS GENERALES SOBRE EL CONCRETO Y LOSMATERIALES PARA SU ELABORACION.2.0INTRODUCCION.El concreto es el material constituido por la mezcla en ciertas proporcionesde cemento, agua, agregados y opcionalmente aditivos, que inicialmentedenota una estructura plstica y moldeable, y que posteriormente adquiereuna consistencia rgida con propiedades aislantes y resistentes, lo quelohace un material ideal para la construccin.De esta definicin se desprende que se obtiene un producto hbrido, queconjuga en mayor o menor grado las caractersticas de los componentes,que bien proporcionados, aportan una o varias de sus propiedadesindividuales para constituir un material que manifiesta un comportamientoparticular y original.En consecuencia, para poder dominar el uso de este material, hay queconocer no slo las manifestaciones del producto resultante, sino tambinla de los componentes y su interrelacin, ya que son en primera instancialos que le confieren su particularidad.Como cualquier material, se contrae al bajar la temperatura, se dilatasista aumenta , se ve afectado por sustancias agresivas y se rompe siessometido a esfuerzos que superan sus posibilidades, por lo que respondeperfectamente a las leyes fsicas y qumicas. Luego pues, la explicacin asus diversos comportamientos siempre responde a alguna de estas leyes; yla no obtencin de los resultados esperados, se debe al desconocimiento dela manera como actan en el material, loque constituye la utilizacinartesanal del mismo (por lo que el barco de la prctica sin el timn de laciencia nos lleva a rumbos que no podemos predecir) o porque durante suempleo no se respetaron o se obviaron las consideraciones tcnicas que nosda el conocimiento cientfico sobre l.2.1LATECNOLOGIAFUNDAMENTALES.DELCONCRETO.-CONCEPTOS11----------------------- Page 31----------------------Es el campo de la Ingeniera Civil que abarca el conjunto de conocimientoscientficos orientados hacia la aplicacin tcnica, prctica y eficiente delconcreto en la construccin.En su desarrollo y utilizacin intervienen varias ciencias interrelacionadas,como son la Fsica, la Qumica, las Matemticas y la investigacinexperimental.A diferencia de otros campos de la Ingeniera en que se puede ejercer uncontrol bastante amplio sobre los parmetros que participan en unfenmeno, en la Tecnologa del Concreto cada elemento que interviene,bien sea el cemento, el agua , los agregados, los aditivos, y las tcnicas deproduccin, colocacin, curado y mantenimiento, representan aspectosparticularesa estudiary controlarde modoque puedantrabajareficientemente de manera conjunta en la aplicacin prctica que deseamos.Generalmente tenemos una serie de limitaciones en cuanto a modificar anuestra voluntad las caractersticas de los factores que intervienen eneldiseo y produccin del concreto, por lo que cada caso supone unasolucin particular, en la que tiene importancia preponderante la laborcreativade los profesionalesque tienena su cargodefinirla eimplementarla en la prctica, ya que paradjicamente, los ingredientes deun concreto bueno y uno malo son en general los mismos si no sabemosemplearlos adecuadamente, por lo que no es una tarea simple el disear yproducir concreto de buena calidad.En este punto, es necesario establecer que el concreto de buena calidad esaqulque satisface eficientementelos requisitos de trabajabilidad,colocacin, compactacin, resistencia, durabilidad y economa que nosexige el caso singular que estemos enfrentando.Afortunadamente, la acumulacin a nivel mundial de casi un siglo deconocimientos cientficos sobre el concreto y sus componentes, nos proveede las herramientas para afrontar y solucionar la mayora de problemas dela construccin moderna.Si tenemos la curiosidad de acceder a la gran cantidad de bibliografadisponible procedente de instituciones como el American ConcreteInstitute, el Comit Europeo del Concreto y el Japan Concrete Instituteentre otros, apreciaremos que el mayor esfuerzo se centra hacia seguirinvestigando en este campo, con igual o mayor nfasis que sobre losmtodos de anlisis y diseo estructural, por cuanto an no se dan por12----------------------- Page 32----------------------resueltos todos los fenmenos y problemas inherentes al diseoproduccin de concreto y cada da surgen otros como consecuencia deldesarrollo de las necesidades humanas.Una idea errada en cuanto a la Tecnologa del Concreto en nuestro medioreside en suponer que es un campo limitado a los " laboratoristas " y a los"expertos en diseos de mezclas ", connotaciones con las queedistorsiona su alcance conceptual y se pierde de vista que cualquierprofesional de la Ingeniera Civil involucrado directa e indirectamente conla construccin,debeexperimentar,profundizary actualizarusconocimientos en este campo para asegurar una labor tcnica y eficiente.2.2yssLOS COMPONENTES DEL CONCRETOLa Tecnologa del concreto moderna define para este material cuatrocomponentes : Cemento, agua, agregadosy aditivos como elementosactivos y el aire como elemento pasivo.Si bien la definicin tradicional consideraba a los aditivos como unelemento opcional, en la prctica moderna mundial estos constituyen uningredientenormal,por cuanto est cientficamentedemostradaconveniencia de su empleo en mejorar condiciones de trabajabilidad,resistencia y durabilidad, siendo a la larga una solucin mas econmica sise toma en cuenta el ahorro en mano de obra y equipo de colocacin ylacompactacin, mantenimiento, reparaciones e incluso en reduccin de usode cemento.Ya hemos establecido conceptualmenteprofundidad las propiedades de losla necesidad de conocercomponentes del concreto,aperodebemos puntualizar que de todos ellos, el que amerita un conocimientoespecial es el cemento. Si analizamos la Fig. 2.1 en que se esquematizanlas proporciones tpicas en volumen absoluto de los componentes delconcreto, concluiremos en que el cemento es el ingrediente activo queinterviene en menor cantidad, pero sin embargo es el que define lastendencias del comportamiento, por lo que es obvio que necesitamosprofundizar en este aspecto que est muy ligado a las reacciones qumicasque se suceden al entrar en contacto con el agua y los aditivos.Pese a que en nuestra formacin en Ingeniera Civil todos asimilamos losconceptos bsicos de qumica, no es usual que entre los colegas exista13----------------------- Page 33----------------------mucha aficin hacia este campo (como es tambin el caso nuestro), sin14----------------------- Page 34----------------------FIG. 2.1 PROPORCIONES TIPICAS ENVOLUMEN ABSOLUTO DE LOSCOMPONENTES DEL CONRETOAire = 1 % aCementoAguaAgregados=3 %7 % a 15 %=15 % a 22 %=60 % a 75 %15----------------------- Page 35----------------------embargo es necesario tener el conocimiento general de las consecuenciasde las reacciones que se producen, por lo que durante el desarrollo de estostemas insistiremos en los aspectos prcticos antes que en el detalle defrmulasy combinacionesqumicasaplicacin directa para el Ingeniero Civil.si noaportaninformacinde-----OO----16----------------------- Page 36----------------------17----------------------- Page 37----------------------CAPITULO 3EL CEMENTO PORTLAND3.0INTRODUCCION.Es un aglomerante hidrfilo, resultante de la calcinacin de rocas calizas,areniscas y arcillas, de manera de obtener un polvo muy fino que enpresenciade aguaendureces yadherentes.(Ref. No 3.1)adquiriendopropiedadesresistenteComo ya se mencion en el Captulo 1, el nombre proviene de la similituden apariencia y el efecto publicitario que pretendi darle en el ao 1824Joseph Apsdin un constructor ingls, al patentar un proceso de calcinacinde caliza arcillosa que produca un cemento que al hidratarse adquirasegn l, la misma resistencia que la piedra de la isla de Portland cerca delpuerto de Dorset.Es en 1845 cuando se desarrolla el procedimiento industrial del cementoPortland moderno que con algunas variantes persiste hasta nuestros das yque consiste en moler rocas calcreas con rocas arcillosas en ciertacomposicin y someter este polvo a temperaturas sobre los 1300 Cproducindose lo que se denomina el clinker, constituido por bolasendurecidasdediferentesdimetros,quefinalmentese muelenaadindoseles yeso para tener como producto definitivo un polvosumamente fino.3.1FABRICACION DEL CEMENTO PORTLANDEl punto de partida del proceso de fabricacin lo constituye la seleccin yexplotacin de las materias primas para su procesamiento consiguiente.Los componentes qumicos principales de las materias primas para lafabricacin del cemento y las proporciones generales en que intervienenson (Ref.3.2):17----------------------- Page 38----------------------Componente Qumico95%Procedencia UsualOxido de Calcio (CaO)Oxido de Slice (SiO )Rocas CalizasAreniscas2Oxido de Aluminio(Al O )2 3ArcillasOxido de Fierro (Fe O )Arcillas, Mineral de Hierro,2 3Pirita5%Oxidos de Magnesio,Sodio,Potasio, Titanio, Azufre,Fsforo y ManganesoMinerales VariosLos porcentajes tpicos en que intervienen en el cemento Portland losxidos mencionados son :Oxido ComponentePorcentaje TpicoAbreviaturaCaOSiO2Al O2 361% - 67%20% - 27%4% - 7%CSAFe O2 32% - 4%FSO3MgOK O y Na O221% - 3%1% - 5%0.25% - 1.5%En las Fig. 3.1 a),b),c) y d), (Ref.3.3) se puede apreciar un esquemageneral del proceso moderno de fabricacin en el sistema denominado "porva seca", que es el mas econmico pues necesita menos energa, y es el demayor empleo en nuestro medio, sin embargo hay que tener en cuenta quecada fabricante tiene una disposicin de equipo particular en funcin desus necesidades.Se inicia con la explotacin de las canteras de materia prima parasometerlas a un proceso de chancado primario en que se reduce su tamaoa piedras del orden de 5" y luego se procesa este material en unachancadora secundaria18----------------------- Page 39----------------------19----------------------- Page 40----------------------20----------------------- Page 41----------------------que las reduce a un tamao de alrededor de 3/4", con lo que estn encondiciones de ser sometidas a molienda. Los materiales son molidosindividualmente en un molino de bolas hasta ser convertidos en un polvofino impalpable, siendo luego dosificados y mezclados ntimamente en lasproporciones convenientes para el tipo de cemento que se desee obtener.La mezcla es posteriormente introducida en un horno giratorio consistenteen un gran cilindro metlico recubierto de material refractariocondimetros que oscilan entre 2 y 5 m. y longitudes entre 18 a 150 m..Elhorno tiene una ligera inclinacin con respecto a la horizontal del orden del4 % y una velocidad de rotacin entre 30 a 90 revoluciones por hora.Dependiendo del tamao del horno, se pueden producir diariamente de 30a 700 Toneladas. La fuente de calor se halla en el extremo opuestoalingreso del material y pueden obtenerse mediante inyeccin de carbnpulverizado, petrleo o gas en ignicin, con temperaturas mximas entre1,250 y 1,900 C.Las temperaturas desarrolladas a lo largo del horno producen primero laevaporacin del agua libre, luego la liberacin del CO2 y finalmente en lazona de mayor temperatura se produce la fusin de alrededor de un 20% a30% de la carga y es cuando la cal, la slice y la almina se vuelvenacombinar aglomerndose en ndulos de varios tamaos usualmente de 1/4"a 1" de dimetro de color negro caracterstico, relucientes y duros alenfriarse, denominados "clinker de cemento Portland".En la etapa final del proceso, el clinker es enfriado y es molido en unmolino de bolas conjuntamente con yeso en pequeas cantidades ( 3 a 6%)para controlar el endurecimiento violento. La molienda produce un polvomuy fino que contiene hasta 1.1 X 10 12partculas por Kg. y que pasacompletamente por un tamiz No 200 (0.0737 mm., 200 aberturas porpulgada cuadrada).Finalmente el cemento pasa ser almacenado a granel,siendo luego suministrado en esta forma o pesado y embolsado para sudistribucin.En el proceso hmedo la materia prima es molida y mezclada con aguaformando una lechada que es introducida al horno rotatorio siguiendo unproceso similar al anterior pero con mayor consumo de energa para podereliminar el agua aadida. El proceso a usarse depende de las caractersticasde las materias primas, economa y en muchos casos por consideracionesde tipo ecolgico ya que el proceso hmedo es menos contaminante que elseco.21----------------------- Page 42----------------------Durante todos los procesos el fabricante ejecuta controles minuciosos paraasegurar tanto la calidad yproporciones de los ingredientes como lastemperaturas y propiedades del producto final, para lo que existen unaserie de pruebas fsicas y qumicas estandarizadas, as como equipo delaboratorio desarrollado especficamente para estas labores.En la Tabla 3.1 (Ref.3.3) se pueden observar las fuentes de materiasprimas de las cuales es posible obtener los componentes para fabricarcemento, en que se aprecia la gran variedad de posibilidades existentes enla naturaleza para poder producir este material.3.2COMPOSICION DEL CEMENTO PORTLAND.Luego del proceso de formacin del clinker y molienda final, se obtienenlos siguientes compuestos establecidos por primera vez por Le Chatelier en1852, y que son los que definen el comportamiento del cemento hidratadoy que detallaremos con su frmula qumica, abreviatura y nombre corriente(Ref.3.4):a) Silicato Triclcico(3CaO.SiO --> C S--> Alita23Define la resistencia inicial (enmuchaimportancia en el calor de hidratacin.b) Silicato Diclcicolaprimerasemana)ytiene(2CaO.SiO --> C S--> Belita).22Define la resistencia a largo plazo y tiene incidencia menor en el calor dehidratacin.c) Aluminato Triclcico(3CaO.Al O )--> C A).2 33Aisladamente no tiene trascendencia en la resistencia, pero conlossilicatos condiciona el fraguado violento actuando como catalizador, por loque es necesario aadir yeso en el proceso (3% - 6%) para controlarlo.Es responsable de la resistencia del cemento a los sulfatos ya que alreaccionar con estos produce Sulfoaluminatos con propiedades expansivas,por lo que hay que limitar su contenido.22----------------------- Page 43----------------------d) Alumino-Ferrito Tetraclcico (4CaO.Al O .Fe O -->C AF--Celita).2 32 3423----------------------- Page 44----------------------Tabla 3.1 .- Fuentes de materias primas usadas en la fabricacinde cemento portland. ( Ref. 3.3 )CalSliceAlminaCaOSiO2AragonitaArcillaAl2O3ArcillaArcillacrea (Marga)Arcilla calcrea (Marga)BauxitaCalcitazas voltilesConchas marinasArcilla calcrea (Marga)Arcilla calArenaAreniscasCeniBasaltosDeshechos de mineralDeshechos alcalinosaluminio.Escoriasa de cobreMrmolscoriasPiedra CalizaEstaurolitaPizarrasanodioritasPolvo residuo de clinkeredra calizaRoca calcreaarrasTizade lavado deCenizas VoltilesdeCenizas de cscara deEscoriarroz.ECuarcitaEscoriasGrPiedras calizasPiRoca calcreaSilicato de calcioPizResiduosmineral de aluminioRoca calcreaHierroYesoMagnesiaFe2O3CaSO4.2H2OMgOArcillaEscoriasCeniza de altos hornosedra calizaEscoria de piritaa calcreaLaminaciones de hierroMineral de hierroPizarrasResiduos de lavado demineral de hierroAnhidritaSulfato de calcioPiYeso naturalRoc24----------------------- Page 45----------------------Tiene trascendencia en la velocidad de hidratacin y secundariamente en elcalor de hidratacin.e) Oxido de Magnesio (MgO).Pese a ser un componente menor, tiene importancia pues para contenidosmayores del 5% trae problemas de expansin en la pasta hidratada yendurecida.f) Oxidos de Potasio y Sodio(K O,Na O-->Alcalis).22Tienen importancia para casos especiales de reacciones qumicas conciertos agregados,y los solublesen aguacontribuyena producireflorescencias con agregados calcreos.g) Oxidos de Manganeso y Titanio(Mn O ,TiO ).2 32El primero no tiene significacin especial en las propiedades del cemento ,salvo en su coloracin, que tiende a ser marrn si se tienen contenidosmayores del 3%. Se ha observado que en casos donde los contenidossuperan el 5% se obtiene disminucin de resistencia a largo plazo.(Ref.3.2)El segundo influye en la resistencia, reducindola para contenidossuperiores a 5%. Para contenidos menores, no tiene mayor trascendencia.De los compuestos mencionados, los silicatos y aluminatos constituyen loscomponentes mayores, pero no necesariamente los mas trascendentes, puescomo veremos posteriormente algunos de los componentes menores tienenmucha importancia para ciertas condiciones de uso de los cementos.3.3LAS FORMULAS DE BOGUE PARA EL CALCULO DE LACOMPOSICION POTENCIAL DE LOS CEMENTOS.En1929comoconsecuenciade unaseriede investigacionesexperimentales, el qumico R.H.Bogue establece las frmulas que permitenel clculo de los componentes del cemento en base a conocer el porcentajede xidos que contiene, habiendo sido asumidas como norma por ASTMC-150.(Ref.3.5) permitiendo una aproximacin prctica al comportamientopotencial de cualquier cemento Portland normal no mezclado.25----------------------- Page 46----------------------A continuacin estableceremos las frmulas de Bogue debiendo tenerseclaro que se basan en las siguientes hiptesis :Los compuestos tienen la composicin exacta.(No es del todo ciertopues en la prctica tienen impurezas).El equilibrio se obtiene a la temperatura de formacin del clinker y semantieneduranteel enfriamiento.(Enla prctica,frmulassobrestiman el contenido de C A y C S)32FORMULAS DE BOGUE (Composicin Potencial) :Si Al O /Fe O2 320.64 :3C S = 4.071CaO - 7.6SiO - 6.718Al O - 1.43Fe O - 2.852SO322 33C S = 2.867SiO - 0.7544C S22C A = 2.65Al O - 1.692Fe O323las32 3C AF = 3.04Fe O42 3Si Al O /Fe O2 3232 3< 0.64 se forma (C AF+C AF) y se calcula:42(C AF+C AF) = 2.1Al O + 1.702Fe O422 323y en cuyo caso el Silicato Triclcico se calcula como:C S = 4.071CaO - 7.6SiO - 4.479Al O - 2.859Fe O - 2.852SO322 332 3(En estos cementos no hay C A por lo que la resistencia a los sulfatos es3alta; el C2S se calcula igual)Las variantes en cuanto a las proporciones de estos compuestos son las quedefinen los tipos de cementos que veremos mas adelante, y la importanciaprctica de las frmulas de Bogue es que permiten evaluar cual ser lacomposicin potencial probable y compararla con los valores standard paracadatipodecemento,pudiendoestimarselastendenciasde26----------------------- Page 47----------------------comportamiento en cuanto a las caractersticas que nos interesan desde elpunto de vista del concreto, como son desarrollo de resistencia en eltiempo, calor de hidratacin, resistencia a la agresividad qumica etc.3.4MECANISMO DE HIDRATACION DEL CEMENTO.Se denomina hidratacin al conjunto de reacciones qumicas entre el aguay los componentes del cemento, que llevan consigo el cambio del estadoplstico al endurecido, con las propiedades inherentes a los nuevosproductos formados. Los componentes ya mencionados anteriormente, alreaccionar con el agua forman hidrxidos e hidratos de Calcio complejos.La velocidad con que se desarrolla la hidratacin es directamenteproporcional a la finura del cemento e inversamente proporcional altiempo, por lo que inicialmente es muy rpida y va disminuyendopaulatinamente con el transcurso de los das, aunque nunca se llega adetener.Contrariamente a lo que se crea hace aos, la reaccin con el agua no unelas partculas de cemento sino que cada partcula se dispersa en millonesdepartculasdeproductosdehidratacindesapareciendolosconstituyentes iniciales. El proceso es exotrmico generando un flujo decalor hacia el exterior denominado calor de hidratacin.Dependiendo de la temperatura, el tiempo, y la relacin entre la cantidadde agua y cemento que reaccionan, se pueden definir los siguientes estadosque se han establecido de manera arbitraria para distinguir las etapas delproceso de hidratacin :a)Plstico.-Unin del agua y el polvo de cemento formando una pasta moldeable.Cuanto menor es la relacin Agua/Cemento, mayor es la concentracin departculas de cemento en la pasta compactada y por ende la estructura delos productos de hidratacin es mucho mas resistente.El primer elemento en reaccionar es el C3A , y posteriormente los silicatosy el C4AF , caracterizndose el proceso por la dispersin de cada grano decemento en millones de partculas. La accin del yeso contrarresta lavelocidad de las reacciones y en este estado se produce lo que se denomina27----------------------- Page 48----------------------el perodo latente o de reposo en que las reacciones se atenan, y duraentre 40 y 120 minutos dependiendo de la temperatura ambiente y elcemento en partcula. En este estado se forma hidrxido de calcio quecontribuye a incrementar notablemente la alcalinidad de la pasta quealcanza un Ph del orden de 13.b)Fraguado inicial.-Condicin de la pasta de cemento en que se aceleran las reaccionesqumicas, empieza el endurecimiento y la prdida de la plasticidad,midindose en trminos de la resistencia a deformarse. Es la etapa en quese evidencia el proceso exotrmico donde se genera el ya mencionado calorde hidratacin, que es consecuencia de las reacciones qumicas descritas.Se forma una estructura porosa llamada gel de Hidratos de Silicatos deCalcio (CHS o Torbemorita), con consistencia coloidal intermedia entreslido y lquido que va rigidizndose cada vez mas en la medida que sesiguen hidratando los silicatos.Este perodo dura alrededor de tres horas y se producen una serie dereacciones qumicas que van haciendo al gel CHS mas estable con eltiempo.En esta etapa la pasta puede remezclarse sin producirse deformacionespermanentes ni alteraciones en la estructura que an est en formacin.c)Fraguado Final.-Se obtiene al trmino de la etapa de fraguado inicial, caracterizndose porendurecimiento significativo y deformaciones permanentes. La estructuradel gel est constituida por el ensamble definitivo de sus partculasendurecidas.d)Endurecimiento.-Se produce a partir del fraguado final y es el estado en que se mantienen eincrementan con el tiempo las caractersticas resistentes. La reaccinpredominante es la hidratacin permanente de los silicatos de calcio, y enteora contina de manera indefinida.28----------------------- Page 49----------------------Es el estado final de la pasta, en que se evidencian totalmente lasinfluencias de la composicin del cemento. Los slidos de hidratacinmanifiestan su muy baja solubilidad por lo que el endurecimiento esfactible an bajo agua.Hay dos fenmenos de fraguado, que son diferentes a los descritos; elprimero corresponde al llamado "Fraguado Falso" que se produce enalgunos cementos debido al calentamiento durante la molienda del clinkercon el yeso, producindosela deshidratacinparcial del productoresultante, por lo que al mezclarse el cemento con el agua, ocurre unacristalizacin y endurecimiento aparente durante los 2 primeros minutosde mezclado, pero remezclando el material, se recobra la plasticidad,nogenerndose calor de hidratacin ni ocasionando consecuencias negativas.El segundo fenmeno es el del "fraguado violento" que ocurre cuandodurante la fabricacin no se ha aadido la suficiente cantidad de yeso, loque produce un endurecimiento inmediato, desarrollo violento del calor dehidratacin y prdida permanente de la plasticidad , sin embargo es muyimprobable en la actualidad que se produzca este fenmeno, ya que con latecnologa moderna el yeso adicionado se controla con mucha precisin.3.5ESTRUCTURA DEL CEMENTO HIDRATADO.Durante el proceso de hidratacin, el volumen externo de la pasta semantiene relativamente constante, sin embargo, internamente el volumende slidos se incrementa constantemente con el tiempo, causando lareduccin permanente de la porosidad, que est relacionada de manerainversa con la resistencia de la pasta endurecida y en forma directa con lapermeabilidad.Para que se produzca la hidratacin completa se necesita la suficientecantidad de agua para la reaccin qumica y proveer la estructura de vacoso espacio para los productos de hidratacin, la temperatura adecuada ytiempo, desprendindose de aqu el concepto fundamental del curado, queconsiste en esencia en procurar estos tres elementos para que el proceso secomplete.Un concepto bsico que nos permitir entender el comportamiento delconcreto, reside en que el volumen de los productos de hidratacin siemprees menor que la suma de los volmenes de agua y cemento que los originandebido a que por combinacin qumica el volumen de agua disminuye en29----------------------- Page 50----------------------alrededor de un 25%, lo que trae como consecuencia la contraccin de lapasta endurecida. Los productos de hidratacin necesitan un espacio delorden del doble del volumen de slidos de cemento para que se produzca lahidratacin completa.Otro concepto importante que hay que tomar en cuenta es que estdemostrado que el menor valor de la relacin Agua/Cemento para que seproduzca la hidratacin completa del cemento es del orden de 0.35 a 0.40en pesopara condicionesnormalesde mezcladovos,dependiendo la relacin precisa de cada caso particular.ysin aditiEn la Fig. 3.2, se puede apreciar como ilustracin un esquema tpico de laestructura de la pasta de cemento y de la distribucin delgua,distinguindose las siguientes partes :a)aGel de Cemento.-Constituido por los slidos de hidratacin (Hidratos de Silicatos deCalcio); el agua contenida en el gel, es la denominada aguadecombinacin, que no es evaporable por ser intrnseca de la reaccinqumica.b)Poros de Gel.-Espacios tan pequeos entre los slidos de hidratacin que no permiten laformacin en su interior de nuevos slidos de hidratacin. El aguacontenida dentro de estos poros se llama el agua de gel, que puedeevaporarse bajo condiciones especiales de exposicin.c)Poros Capilares.-Conformados por los espacios entre grupos de slidos de hidratacin dedimensiones que ofrecen espacio para la formacin de nuevos productos dehidratacin, denominndose agua capilar a la contenida en ellos.Para comprender mejorcomponentesde lado,estableceremos algunascaso particular, para lola manera como se distribuyen los diferentesestructurade la pasta de cementohidratarelaciones que nos permitirn calcularlos en uncual vamos a considerar inicialmente un sistema en30----------------------- Page 51----------------------el que no hay prdida de agua por evaporacin ni ingresa agua adicionalpor curado :31----------------------- Page 52----------------------32----------------------- Page 53----------------------Sea :PacPchVac===Se tiene que :Peso del agua de combinacinPeso del cemento a hidratarseVolumen del agua de combinacin=Pac/PchPac=0.23 Pch......................(1)(Relacin promedio determinada experimentalmente )Sea :CvGa==Contraccin en volumen debida a la hidratacinGravedad especfica del aguaHemos mencionado que el agua de combinacin se contrae 25% luego :Sea :VshGcCvCv====Volumen de los slidos de hidratacin = Pch/GcGravedad especfica del cementoSe tiene que :Vsh=0.25 x Pac/Ga = 0.25 x 0.23 Pch/Ga0.0575 Pch/Ga ..................... (2)Pch/Gc + Vac - Cv..........(3)Reemplazando (1) y (2) en (3) se obtiene :Vsh=(1/Gc + 0.1725/Ga)Pch ..........(4)Por otro lado :PoVag==Porosidad de la pasta hidratadaVolumen del agua de gelSe define :Po=Vag/(Vsh + Vag)Reemplazando (4) en (5) y despejando obtenemos :Vag=[(Po/(1-Po))x(1/Gc +0.1725/Ga)] Pch(5)(6)33----------------------- Page 54----------------------Sea :Vad=Tenemos que :Vad....(7)Volumen de agua disponible para hidratacin=Vac + Vag................................Reemplazando (1) y (6) en (7) y despejando se deduce :Pch=..Vadx1/[(0.23/Ga+(Po(1-Po))x(1/Gc+0.1725/Ga)].(8)Finalmente, se define :Vcsh=Volumen de cemento sin hidratarPcd=Peso de cemento disponibleVcv=Volumen de capilares vacosY se tiene que :Vcsh=Pcd/Gc - Pch/Gc..........................Vcv=Pcd + Vad - Vsh - Vag - Vcsh.(9)............(10)Con estas relaciones hemos elaborado la Tabla 3.2 que muestra lasvariaciones en los componentes de la estructura de la pasta de 100 gr. decemento con diversas cantidades de agua disponible para hidratacinhabindose asumido los siguientes parmetros tpicos :Gc=Gravedad especfica del cemento= 3.1Ga=Gravedad especfica del agua= 1.0Po=Porosidad de la pasta hidratada= 050.28Se puede apreciar que para valores muy bajos de la relacin Agua/Cementola hidratacin se detiene por falta de agua para hidratar totalmente lacantidad de cemento disponible, quedando cemento sin hidratar y vacoscapilares que tienen capacidad de permitir ingreso de agua adicional yespacio para que se desarrollen mas slidos de hidratacin.Sin embargo, si proveemos agua extra (por ejemplo con curado) slo sehidratar la cantidad de cemento que disponga de espacio para desarrollar34----------------------- Page 55----------------------Tabla 3.2 .- Variacin de los componentes de la estructura de la pasta decemento en funcin del agua disponible para la hidratacin.CementoAguaRelacinAgua dedisponia/c enhidragelblepesotacinCemento a% dedisponibleePesoVolVol Hidr.(gr)(cm3)(cm3)100.01100.0100.0126.031.728.00.2252.316.0.2457.118.0.2661.819.0.2866.621.0.3071.322.12.730.071.315.11.866.631.735.047.610.961.832.6100.0624.031.70.2010.057.130.3(cm3)9.122.031.7100.06(gr)20.052.328.0Vol(cm3)31.7100.01(cm3)47.625.6PesoVol31.723.36Volhidratars13.6100.0231.732.037.3100.0776.131.734.039.6100.0280.8100.0736.065.6100.0238.090.4100.0740.095.1100.0242.099.9100.0744.0100.0100.0246.0100.0100.0748.0100.027.0.3890.428.0.4095.130.0.4299.931.0.44100.033.0.46100.034.0.48100.036.0.50100.037.21.731.750.049.085.620.831.749.00.3619.931.749.025.19.031.749.080.918.131.748.90.3417.231.746.624.16.331.744.376.115.431.741.90.3214.5100.0Cemento sinCemento que nohidratarsepodr hidratarse22.7CapilaCemento extra%respoible de hidratarsemximovacoshidrat.Pesor.VolVolPeso(gr)(cm3)(cm3)(gr)52.416.62.714.915.141.542.93.013.63.312.1(cm3)(cm3)5.61.82.76.11.93.06.72.13.37.32.33.67.82.53.863.83.69.810.625.6(gr)58.511.530.933.4Vol Hid53.113.236.238.2Vol(cm3)46.947.7PesoVol69.13.88.174.428.79.120.323.97.615.019.264.46.114.44.64.69.84.93.14.95.21.50.15.50.00.05.70.00.06.80.00.07.90.00.09.010.03.24.9.63.14.74.91.52.40.10.00.10.00.00.00.00.00.00.00.00.00.00.00.0100.010.10.04.100.00.00.00.03.0100.00.00.09.5100.00.00.04.4100.00.00.02.8100.00.00.08.995.70.00.04.190.31.40.02.785.03.14.38.479.74.89.794.16.4100.035----------------------- Page 56----------------------sus productos de hidratacin, luego, existen relaciones Agua/Cemento paralas cuales por mas agua extra que proveamos, no se producirlahidratacin total del cemento.Vemos tambin que para condiciones normales como las asumidas, en quela pasta dispone nicamente del agua de mezcla inicial, se necesita unarelacin Agua/Cemento mnima del orden de 0.42, y si se provee agua dehidratacin extra, la relacin mnima es del orden de 0.38.Con los valores de la Tabla 3.2 se han elaborado las Fig.3.3, 3.4 y3.5donde se grfica a ttulo explicativo el % de hidratacin y el % de cementono hidratado en funcin de la relacin Agua/Cemento, as como los vacoscapilares obtenidos.Hay que tener presente, que pese a que para relaciones Agua/Cementoinferiores a las que producen el 100 % de hidratacin, an queda cementosin hidratar, la estructura es mas compacta con menor cantidad de vacos,por lo que se obtienen en la prctica caractersticas resistentes mas altaspese a no contarse con toda la pasta hidratada; sin embargo para lograr lahidratacin mxima que es posible alcanzar con relaciones Agua/Cementomuy bajas, se necesitan condiciones de mezclado especiales que ameritanincremento de presin y energa en la compactacin ya que de otro modono se logra hidratar lo previsto. En la practica, con las condicionesdemezclado normales se consigue llegar a relaciones Agua/Cemento mnimasen la pasta del orden de 0.25 a 0.30 dependiendo del tipo de cemento y lascondiciones de temperatura, humedad, presin y tcnica de mezclado. Bajocondiciones especiales, se han llegado a obtener pastas en laboratorio conrelaciones Agua/Cemento tan bajas como 0.08 (Ref.3.6)3.6TIPOSDEPRINCIPALES.CEMENTOYSUSAPLICACIONESLos Tipos de cementos portland que podemos calificar de standard, ya quesu fabricacin est normada por requisitos especficos son (Ref. 3.5):Tipo I .sespeciales.Deusogeneral,dondenoserequierenpropiedade36----------------------- Page 57----------------------37----------------------- Page 58----------------------38----------------------- Page 59----------------------39----------------------- Page 60----------------------Tipo II .De moderada resistencia a los sulfatos y moderado calor dehidratacin. Para emplearse en estructuras con ambientes agresivos y/o envaciados masivos.Tipo III.Desarrollo rpido de resistencia con elevado calordehidratacin. Para uso en clima fro en los casos en que se necesitaadelantar la puesta en servicio de las estructuras.Tipo IV.-De bajo calor de hidratacin. Para concreto masivo.Tipo V.uyagresivos.Altaresistenciaa los sulfatos.ParaambientesCuando a los tres primeros tipos de cemento se les adiciona el sufijo A (p.eTipo IA) significa que son cementos a los que se les haaadidoincorporadores de aire en su composicin, manteniendo las propiedadesoriginales.mEsinteresantedestacarlos cementosdenominados"mezcladosadicionados" (Ref.3.7) dado que algunos de ellos se usan en nuestro medio :Tipo IS .Cemento al que se ha aadido entre un 25% a 70% deescoria de altos hornos referido al peso total.Tipo ISM .Cemento al que se ha aadido menos de 25% de escoria dealtos hornos referido al peso total.Tipo IP .Cemento al que se le ha aadido puzolana en un porcentajeque oscila entre el 15% y 40% del peso total.Tipo IPM .Cemento al que se le ha aadido puzolana en un porcentajehasta del 15% del peso total.Todos estos cementos tienen variantes en quese les aadeireincorporado (sufijo A), se induce resistencia moderada a los sulfatos(sufijo M), se modera el calor de hidratacin (sufijo H).Las puzolanasson materialesinertes silceos y/o aluminosos,queindividualmente tienen propiedades aglomerantes casi nulas, pero quea40----------------------- Page 61----------------------finamente molidas y al reaccionar qumicamente con hidrxidos de Calcioy agua adquieren propiedades cementantes. Las puzolanas se obtienen porlo general de arcillas calcinadas, tierras diatomceas, tufos y cenizasvolcnicas, y de residuos industriales como cenizas voltiles, ladrillopulverizado, etc.La particularidad del reemplazar parte del cemento por estos materiales,estriba en cambiar algunas de sus propiedades, como son el aumentar lostiempos de duracin de los estados mencionados anteriormente, retrasary/o disminuir el desarrollo de resistencia en el tiempo, reducirlapermeabilidad, mayor capacidad para retener agua, mayor cohesividad,incremento de los requerimientos de agua para formar la pasta, menor calorde hidratacin y mejor comportamiento frente a la agresividad qumica.Hay que tener muy presente que la variacin de estas propiedades nosiempre ser conveniente dependiendo del caso particular, por lo que no sepuede tomar a los cementos puzolnicos la inclusin de puzolana comouna panacea, ya que son muy sensibles a las variaciones de temperatura losprocesos constructivos y las condiciones de curado.Para fines de diseo de mezclas hay que tener en cuenta que los cementosstandard tienen un peso especfico del orden de3,150 kg/m3 y loscementos puzolnicos son mas livianos con pesos especficos entre 2,850 y3,000 kg/m3.En las Fig.3.6 y 3.7 se pueden apreciar comportamientos tpicos de loscementos bsicos, relativos al desarrollo de resistencia en el tiempo y calorde hidratacin.(Ref.3.8)En la Tablas 3.3 y 3.4 (Ref. 3.5) se pueden apreciar los requisitos fsicos yqumicos de fabricacin establecidos por las normas ASTM C-150 para loscementos standard nombrados, y en las Tablas 3.5 y 3.6. se consignanestadsticas de variacin de los componentes de los diversos tipos decemento normales en U.S.A. e Inglaterra, donde se concluye pues en que laelasticidad en las normas de fabricacin admite variaciones que si bien nodeben influir en las resistencias finales exigidas, si pueden ocasionarcomportamientos variables en el tiempo.41----------------------- Page 62----------------------42----------------------- Page 63----------------------43----------------------- Page 64----------------------Tabla 3.3 .- Requisitos fsicos standard ASTM C-150 para cementosTipo IDescripcinTipo IATipo IITipo IIAContenido de aire en % ( mximo , mnimo )(12,N/A(22,16)(12,N/A)Fineza con turbidmetro en m2/Kg ( mnimo )160160160(22,16))160Fineza por permeabilidad de aire en m2/Kg (min)280280280Expansin en autoclave0.800.800.80Resistencia en compresin en MpaA 3 das12.4010.00A 7 das19.3015.50Fraguado inicial Gillmore mnimo en minutos6060Fraguado final Gillmore mximo en minutos600600Fraguado inicial Vicat mnimo en minutos4545Fraguado final Vicat mximo en minutos2800.8010.308.3017.2013.8060606006004545375375375375Requisitos fsicos opcionalesFraguado falso (penetracin final ) % mnimo505050Calor de hidratacin mximo a 7 das en cal/gr70Calor de hidratacin mximo a 28 das en cal/gr58Resistencia en compresin mnima a 28 das27.6027.6027.60(Mpa)Tipo III50705827.60DescripcinTipo IIIATipo IVContenido de aire en % ( mximo , mnimo )(12,N/A(22,16)(12,N/A))Fineza con turbidmetro en m2/Kg ( mnimo )160Fineza por permeabilidad de aire en m2/Kg (min)280Expansin en autoclave0.800.800.80Resistencia en compresin en MpaA 1 da12.4010.00A 3 das24.1019.30A 7 das6.60A 28 dasTipo V(12,N/A)1602800.808.3015.2020.70Fraguado inicial Gillmore mnimo en minutos606060Fraguado final Gillmore mximo en minutos600600600Fraguado inicial Vicat mnimo en minutos454545Fraguado final Vicat mximo en minutos3753753756060045375Requisitos fsicos opcionalesFraguado falso (penetracin final ) % mnimo505050Calor de hidratacin mximo a 7 das en cal/gr5060Calor de hidratacin mximo a 28 das en cal/gr70Expansin con sulfatos a 14 das, % mximo0.0444----------------------- Page 65----------------------45----------------------- Page 66----------------------Tabla 3.4 .- Requisitos qumicos standard ASTM C-150 para cementosTipo IDescripcinTipo IATipo IITipo IIA20.0020.00SiO2 , % mnimo----------Al2O3 , % mximo----------6.006.00-----6.006.00Fe2O3 , % mximo----MgO , % mximo6.006.006.00SO3, % mximoCuando C3A es menor o igual a 8%3.003.00Cuando C3A es mayor a 8%3.503.50Prdidas por ignicin , % mximo3.003.00Residuos insolubles , % mximo0.750.756.003.003.00N/A3.00N/A3.000.750.75C3A , % mximo----------8.008.00Requisitos qumicos opcionales( C3S + C3A ) , % mximo--------Alcalis , ( Na2O + 0.658 K2O ) , % mximo0.600.6058.0058.000.600.60Tipo IIIDescripcinTipo IIIATipo IVTipo VFe2O3 , % mximo----------6.50-----MgO , % mximo6.006.006.006.00SO3, % mximoCuando C3A es menor o igual a 8%3.503.50Cuando C3A es mayor a 8%4.504.50Prdidas por ignicin , % mximo3.003.00Residuos insolubles , % mximo0.750.75C3S , % mximo--------C2S , % mximo--------C3A , % mximo15.0015.00[C4AF + 2(C3A)] o (C4AF + C2F) , % mximo---------2.30N/A2.30N/A2.503.000.7535.000.75-----40.00-----7.005.00-----25.00Requisitos qumicos opcionalesC3A , % mximo para mediana resistencia a8.008.00sulfatosC3A , % mximo para alta resistencia a sulfatos5.005.00Alcalis , ( Na2O + 0.658 K2O ) , % mximo0.600.60----------0.600.6046----------------------- Page 67----------------------Tabla 3.5 .- Variacin en composicin de algunoscementos portland norteamericanosASTMTipoComponentes qumicos - OxidosCaOAl2O3MgOFe2O3SiO2TiO2K2ONaOSO3CaOLibre63.65.83.72.420.70.230.510.211.6I0.463.14.72.53.022.10.211.300.061.70.265.84.71.12.122.20.300.190.041.61.662.86.71.72.521.10.390.510.951.82.0II61.44.83.14.820.80.211.300.061.80.964.94.01.92.124.00.230.550.231.7III1.565.65.21.42.520.00.270.440.212.31.663.35.14.32.020.30.210.280.192.5IV1.959.64.63.05.022.90.231.190.061.30.463.63.71.13.125.20.190.010.331.90.464.33.11.73.30.190.221.4V24.40.080.564.21.92.51.326.10.120.150.102.01.863.33.31.24.723.1----0.370.081.7-----ASTMTipoCompuestosqumicosC4AFC3AC3SC2S7115518I9747286954238143335II1554426674138III81063108105119IV15425479531491034536V433548141493047----------------------- Page 68----------------------Tabla 3.6 .- Variacin en composicin de algunoscementos portland britnicosTipoComponentes qumicos - OxidosCaOAl2O3MgOFe2O3TiO2SiO2K2ONaOSO3CaOLibre65.64.310.702.550.2423.730.660.311.001.065.522.760.505.900.331.231.590.431.601.4(a)64.45.360.3421.190.893.270.360.582.531.964.67.640.3419.090.563.300.250.572.190.665.56.950.972.300.3520.540.760.161.542.063.120.566.280.370.823.590.270.582.591.764.520.660.705.190.300.082.66(b)1.282.912.065.40.515.000.4220.044.310.480.782.062.063.06.070.3320.211.462.670.120.942.101.564.34.741.272.150.3622.370.530.161.82(c)21.092.363.84.070.280.924.650.130.672.562.964.522.140.453.130.210.182.08(d)0.895.231.561.81.694.600.2525.082.070.190.772.570.762.01.594.540.2325.802.060.200.651.870.9TipoCompuestos qumicosC4AFC3AC3SC2S8747325134134(a)109452710155315714492211113930995021(b)1366498124623794232(c)14358171605422(d)691759691563(a) = Ordinario(b) = Endurecimiento rpido48----------------------- Page 69----------------------(c) = Resistente a los sulfatos(d) = Bajo calor de hidratacin49----------------------- Page 70----------------------3.7LOS CEMENTOS PERUANOS Y SUS CARACTERISTICAS.En la actualidad se fabrican en el Per los cementos Tipo I, Tipo II, TipoV, Tipo IP y Tipo IPM.En las Tablas 3.7a y 3.7b se pueden observar las caractersticas fsicas yqumicas de los cementos de fabricacin nacional suministradas por losfabricantes, con excepcin del Cemento Rumi, cuyo productor no accedia proporcionarlas, pese a nuestra insistencia, por lo que se consignaunanlisis efectuado a solicitud del autor en lacon ocasin del empleo de este materialAeropuerto de Juliaca,en el cualanteirregulares para un Cemento Tipo I, queUniversidad Catlica del Perdurante la construccin delse obtienen resultados bastno obstante deben tomarse conreserva pues slo representan una muestra.En las Fig.3.8 a 3.13, se han graficado las Resistencias vs Tiempo para losdiferentes cementos peruanos en base a la informacin suministrada entreEnero y Abril de 1,993.Es interesante anotar que en general los cementos nacionales siguen loscomportamientos tpicos a largo plazo que es factible esperar de cementossimilares fabricados en el extranjero, sin embargo la experiencia en el usode ellos y la variabilidad que se puede apreciar en los anlisis y grficosmostrados nos permite afirmar que las propiedades a corto plazo nosiempre mantienen parmetros constantes, por lo que nunca debe confiarsea priori en ellas sin efectuar pruebas de control para el caso de obras decierta importancia.Por otro lado, los fabricantes locales tienen mucha experiencia en laelaboracin de cemento, pero ninguno la tiene en la aplicacin prctica deeste material en la produccin de concreto dado que muy rara vez recopilanestos datos, o hacen investigacin en concreto, por lo que es muy poca lainformacin que pueden aportar en ese sentido y adems, hay usualmentereticencia para suministrar resultados de sus controles de calidad en formarutinaria. Sin embargo debemos agradecer la colaboracin prestada por losproductores que accedieron a suministrar e incluir en el presente libro losdatos proporcionados .No existe informacin peridica publicada por los fabricantes sobreaspectos bsicos como la variacin del desarrollo de la resistencia en eltiempo, variacin de la hidratacin en funcin de las condicionesambientales, caractersticas de las puzolanas que emplean en los cementosmezclados, estadsticas de los controles interlaboratorios que realizan, etc.50----------------------- Page 71----------------------Tabla 3.7a .- Caractersticas qumicas de los cementos peruanos.ElementoAndinoTipo IICaO63.83SiO222.58SolAndinoTipo ITipo VAtlasAndinoTipo IPTipo I63.2064.6053.6564.1819.7922.5126.2821.86Al2O36.156.444.814.843.231.070.650.370.152.842.412.760.960.290.590.801.081.631.24R. Insolubles0.590.6210.210.42C3S54.1858.644.213.04Fe2O32.823.114.28K2O0.960.540.56Na2O0.280.120.13SO32.582.382.36MgO3.160.970.92Cal libre0.400.520.55P. Ignicin1.460.5748.73C2S51.3315.8720.3027.98C3A23.9511.535.897.280.81C4AF8.5713.019.45ElementoPacasmayoYura9.82YuraYuraPacasmayoRumiTipo ITipo IPTipo I (*)Tipo VTipo IPMTipo IiCaO65.9062.92SiO222.6620.50Al2O353.8063.0243.5133.3419.503.364.806.202.043.3021.674.154.07Fe2O346.3044.191.562.411.985.145.010.680.72K2O0.70Na2O0.260.221.69SO31.661.831.422.042.501.301.372.131.09MgO1.242.101.06Cal libre1.201.10P. Ignicin0.961.93R. Insolubles0.480.68C3S1.601.872.3026.7015.690.502.852.9960.0060.44C2S54.85(9.21)19.7013.18C3A14.5269.086.922.09C4AF10.85(4.34)7.3315.6310.0315.25(*) Anlisis particular al no haber suministrado informacin el fabricante.51----------------------- Page 72----------------------Tabla 3.7b .- Caractersticas fsicas de los cementos peruanos.ElementoAndinondinoTipo ITipo IIPeso especfico (gr/cm3)3.18.110.205.66Fineza malla 200 (%)4.712.58Tipo IP3.113.030.040.034.14S. especfica Blaine (cm2/gr),3003,4003,400Expansin en autoclave (%)Tipo IA33.11Fineza malla 100 (%)0.10Contenido de aire (%)5.35AtlasTipo V0.346.50SolAndino3,4770.384,4729.999.820.180.1535.220.020.01(0.01)Fraguado inicial Vicat3hr 152hr 151hr 491hr 592hr50Fraguado final Vicat4hr 303hr 453hr 293hr 413hr454fc a 3 das (kg/cm2)1601849fc a 7 das (kg/cm2)2052432fc a 28 das (kg/cm2)320362Calor hidratacin a 7 das63.8959.02(cal/gr)25423520301289283573493970.6060.5064.84.3078.4093Calor hidratacin a28das(cal/gr)ElementoPacasmayoYuraYuraYuraTipo ITipo ITipo IPTipoPacasmayoTipo VIPMiPeso especfico (gr/cm3)3.112.862.953,5974,0863,8480.200.110.26Fraguado inicial Vicat2hr 292hr 402hr2hr2hr 10Fraguado final Vicat5hr 105hr 204 hr4hr 104hr 10fc a 3 das (kg/cm2)168154242140240Fineza malla 100 (%)Fineza malla 200 (%)S. especfica Blaine (cm2/gr)3,4003,300Contenido de aire (%)10.50Expansin en autoclave (%)0.2210.100.14fc a 7 das (kg/cm2)210196335222299fc a 28 das (kg/cm2)27325838831636752----------------------- Page 73----------------------53----------------------- Page 74----------------------54----------------------- Page 75----------------------55----------------------- Page 76----------------------56----------------------- Page 77----------------------57----------------------- Page 78----------------------58----------------------- Page 79----------------------informacin queevitando muchasextrapolacin cony se obtiene otrosera sumamente til para los usuarios investigadores,situaciones en que se espera un comportamiento porinformacin fornea o con informacin local incompletapor falta de datos confiables.Como comentario adicional habra que decir que la introduccin de loscementos Puzolnicos y Puzolnicos modificados en nuestro medio hatrado beneficios desde el punto de vista que tienen ventajas referidasadurabilidad, adems de ser ventajosos para el fabricante pues al reemplazarcementopor puzolanaabaratasus costos y los precios deventaexperimentan alguna reduccin, pero estas ventajas no son del todoaprovechadas por cuanto no ha habido suficiente investigacin, difusin ylabor didctica en cuanto a las consideraciones para su dosificacin, lo quetrae como consecuencia deficiencias en su utilizacin por partedelusuario.Normalmente se supone que los diseos con estos cementos requierenigual cantidad de agua que los normales, lo cual en la prctica no es cierto,pues algunos de ellos necesitan hasta 10% mas de agua y tienenconsistencia cohesiva que amerita mayor energa en la compactacin conlo que a la larga la supuesta economa no es tanta.En el Apndice, se incluyen copias de los datos originales suministradospor los fabricantes en 1993 y 1996, que incluyen informacin adicional a laconsignada en las tablas y que puede ser de utilidad para quien estinteresado en profundizar sobre estos aspectos.3.8CONDICIONESDECONTROLYALMACENAJEENOBRA Y SUS CONSECUENCIAS.Lo ya mencionado en relacin a los cementos nacionales nos hacereflexionar en la necesidad de tratar en lo posible de hacer en obraunseguimiento estadstico del tiempo y condiciones de almacenaje, as comode la calidad del cemento que se emplea.Una buena prctica la constituye el ejecutar anlisis qumicos en unlaboratorio confiable cada 500 Toneladas de cemento para el caso de obrasgrandes, y solicitar regularmente a los fabricantes certificadosconresultados de su control de calidad. En ningn caso la muestra que seobtenga debe ser menor de 5 Kg.59----------------------- Page 80----------------------En cuanto a las condiciones de almacenaje, es recomendable limpiar confrecuencia los silos metlicos de depsito sobre todo en climas de humedadrelativa alta, pues se produce hidratacin parcial del cemento adheridoalas paredes, y que con el uso del silo ocasiona que se desprendan trozosendurecidos y se mezclen con el cemento fresco causando problemas en launiformidad de la produccin del concreto.En el caso de cemento en bolsas el concepto es similar en cuanto aprotegerlas de la humedad, bien sea aislndolas del suelo o protegindolasen ambientes cerrados.Una manera prctica de evaluar si ha habido hidratacin parcial delcemento almacenado, consiste en tamizar una muestra por la malla No 100,segn la Norma ASTM C-184, pesando el retenido, el cual referido al pesototal, nos da un orden de magnitud de la porcin hidratada. El porcentajeretenido sin haber hidratacin oscila usualmente entre 0 y 0.5%.Si recordamos los conceptos referidos al mecanismo de hidratacinpodemos estimar que si usamos cemento parcialmente hidratado, estaremossustituyendo en la prctica una parte del agregado por cemento endurecidocon caractersticas resistentes inciertas y definitivamente inferiores a la dela arena y la piedra, que causar zonas de estructura dbil, cuyatrascendencia ser mayor cuanto mayor sea la proporcin de estaspartculas.Se puede estimar que el empleo de cemento hidratado en un 30% referidoal peso total, con grnulos no mayores de 1/4" trae como consecuencia unareduccin en la resistencia a 28 das del orden del 25%, dependiendo delcemento en particular. Es obvio que porcentajes hidratados mayores, conpartculas de tamao superior a 1/4" ocasionarn perjuicios mas negativosen la resistencia y durabilidad.Finalmente hay que aclarar que en cuanto al almacenaje, el criteriocorrecto para evaluar la calidad del cemento no es el tiempo que ha estadoalmacenado sino las condiciones de hidratacin del cemento al cabo de eseperodo, por lo que lo aconsejable es tomar las previsiones para evitaroretrasar la hidratacin desde un inicio, en vez de dejar pasar el tiempo sinninguna precaucin y entrar luego en las complicaciones de evaluar siestar apto o no para usarse .-----OO----60----------------------- Page 81----------------------REFERENCIAS BIBLIOGRAFICAS3.1)Lea Frederik.- "The Chemistry of Cement and Concrete".- EdwardArnold Publishers - London 1988.3.2)Neville Adam .- "Tecnologa del Concreto".- Instituto MexicanodelCemento y del Concreto - Mxico 1977.3.3)KosmatkaS.,PanareseW..-"DesignandControl ofConcreteMixtures"-Portland Cement Association - USA 1988.3.4)Popovics Sandor.- "Concrete : Making Materials".- Edit. Mc GrawHill - 1979.3.5)ASTMStandardC-150.-"StandardSpecificationforPortlandCement"-1986.3.6)ACI SCM-22 .- Troubleshooting Concrete Construction.- SeminarCourse Manual.USA 1990.3.7)ASTM Standard C-595.Hydraulic Cements"-1986.3.8)U.S. Bureau of Reclamation.- "Concrete Manual" Eight EditionRevised - 1988."StandardSpecificationforBlended-----OO----61----------------------- Page 82-----------------------62----------------------- Page 83----------------------CAPITULO 4EL AGUA EN EL CONCRETO.4.0INTRODUCCION.Yahemos visto que el agua es el elemento indispensable paralahidratacin del cemento y el desarrollo de sus propiedades, por lo tantoeste componente debe cumplir ciertos requisitos para llevar a cabo sufuncin en la combinacin qumica, sin ocasionar problemas colaterales sitiene ciertas sustancias que pueden daar al concreto.Complementariamente,al evaluarel mecanismode hidratacindelcemento vimos como aadiendo agua adicional mediante el curado seproduce hidratacin adicional del cemento, luego esta agua debe cumplirtambin algunas condiciones para poderse emplear en el concreto.En este captulo abordaremos ambos aspectos, sin tocar campos especialescomo son los efectos de variaciones en la presin de poros, as como lassituaciones de temperaturas extremas en el concreto que ocasionancomportamientos singulares del agua.(Ref.4.1)4.1EL AGUA DE MEZCLA.El agua de mezcla en el concreto tiene tres funciones principales :I. Reaccionar con el cemento para hidratarlo,II. Actuar como lubricante para contribuir a la trabajabilidad del conjuntoIII.Procurar la estructura de vacos necesaria en la pasta para que losproductos de hidratacin tengan espacio para desarrollarse.Por lo tanto, la cantidad de agua que interviene en la mezcla denormalmente por razones de trabajabilidad, mayor de la necesariahidratacin del cemento.El problema principal del agua de mezcla reside en lasacantidad de stas, que ocasionan reacciones qumicas quecomportamiento normal de la pasta de cemento.concreto espara laimpurezas y lalteran el59----------------------- Page 84----------------------Una regla emprica que sirve para estimar si determinada agua sirve o nopara emplearse en la produccin de concreto, consiste en establecer suhabilidad para el consumo humano, ya que lo que no daa al hombre nodaa al concreto.En este sentido, es interesante distinguir el agua potable en trminos de losrequerimientos nominales establecidos por los organismos que regulan suproduccin y uso, y el agua apta para consumo humano, ya que losrequerimientos aludidos normalmente son mucho mas exigentes de lonecesario.Como dato interesante, es una evidencia que en el Per muy pocas "aguaspotables" cumplen con las limitaciones nominales indicadas, sobre todo enlo que se refiere al contenido de sulfatos y carbonatos, sin embargo sirvenpara el consumo humano y consecuentemente para el concreto, por lo queno debe cometerse el error de establecer especificaciones para agua queluego no se pueden satisfacer en la prctica.No existe un patrn definitivo en cuanto a las limitaciones en composicinqumica que debe tener el agua de mezcla, ya que incluso aguas no aptaspara el consumo humano sirven para preparar concreto y por otro ladodepende mucho del tipo de cemento y las impurezas de los demsingredientes.Los efectos mas perniciosos que pueden esperarse de aguas de mezcla conimpurezas son : retardo en el endurecimiento, reduccin de la resistencia,manchas en el concreto endurecido, eflorescencias, contribucin a lacorrosin del acero, cambios volumtricos etc.Curiosamente, ni el ACI ni el ASTM establecen requisitos para el agua demezcla para concreto (Ref.4.1), sin embargo, en una iniciativa realmenteimportante, la norma Nacional Itintec 339.088 s establece requisitos paraagua de mezcla y curado y que se detallan en la Tabla 4.1 (Ref.4.2):Los valores establecidos en la Norma aludida son algo conservadores, peronuestra experiencia indica que son relativamente fciles de cumplir en lamayora de los casos. En las Tabla 4.2 se consignan algunos anlisis deagua empleada en la preparacin de concreto en proyectos ejecutados endiferentes regiones de nuestro pas, donde se pueden apreciarsvariaciones factibles de esperarse en cuanto a la composicin.En la Tabla 4.3 (Ref.4.3) se pueden observar anlisis tpicos de agua parauso domstico en ciudades sobre 20,000 habitantes en USA y Canad, y unanlisis tpico de agua de mar, donde se puede apreciar tambin la granla60----------------------- Page 85----------------------Tabla 4.1.- Lmites permisibles para agua de mezcla y de curadosegn la norma ITINTEC 339.088 ( Ref. 4.2 )DescripcinLmitepermisible1) Slidos en suspensinp.p.mmximo5,0002) Materia orgnicap.p.m.mximo3)Alcalinidad ( NaHCO3 )p.p.m.mximo4) Sulfato ( In SO4 )p.p.m.mximo31,0006005) Cloruros ( In Cl )p.p.m.mximo6)1,000pH5 a 861----------------------- Page 86----------------------Tabla 4.2.- Anlisis qumicos de agua de varias fuentes en el PerDescripcinAgua deRequisitoSan JuandeRiegoITINTECProyecto339.088PlantaSub-sueloLa AtarjeazonaMirafloresAeropuertode JuliacaMajesLimaLimaPuno260 ppm500 ppm20 ppm25 ppm12 ppm4) Sulfato ( In SO4 )150 ppm600 ppm156 ppm133 ppm34 ppm5) Cloruros ( In Cl )141 ppm1,000 ppm197 ppm45 ppm33 ppmArequipa1) Solidos en suspensin28 ppm5,000 ppm2) Materia orgnica27 ppm3 ppm.3) Alcalinidad (NaHCO3)186 ppm1,000 ppm6) pH.97.87.57.975 a 862----------------------- Page 87----------------------Tabla 4.3.- Anlisis tpicos de agua domstica y de mar en USA y Canadexpresados en partes por milln. ( Ref. 4.3 )5Elemento61Agua234deMarSlice ( SiO2 )22.03.0Hierro ( Fe )0.10.0-----Calcio ( Ca )3.01.350 - 480Magnesio ( Mg )2.40.3260 - 1,410Sodio ( Na )2151.42,190 - 12,200Potasio ( K )9.80.2Cloruros ( Cl )221.0Nitratos ( NO3 )0.50.0Slidos disueltos56419.0totales0.06.59.40.10.00.00.20.815.329.596.01.45.57.627.01.716.12.30.70.01.614.035.81229.759.95.312128018318.070 - 550Bicarbonato ( HCO3 )5494.1Sulfatos ( SO4 )11.02.62.4-----334-----580 - 2,8102.03.01.40.50.01.60.231.02501259833,960 - 20,000-----35,00063----------------------- Page 88----------------------variabilidad en composicin. Como comentario anecdtico es interesanteanotar que en general estas aguas tienen contenidos de sulfatos bastantemas bajos que las aguas potables en nuestro medio, no siendo estosignificativo para el caso del concreto, pero es la fuente de los problemasestomacalesquenormalmenteaquejana los visitantes forneosacostumbrados a niveles menores.Existe evidencia experimental que el empleo de aguas con contenidosindividuales de cloruros , sulfatos y carbonatos sobre las 5,000 ppmocasiona reduccin de resistencias hasta del orden del 30 % con relacin aconcretos con agua pura.(Ref. 4.4)Los Carbonatos y bicarbonatos de Sodio y Potasio pueden acelerar oretardar el fraguadocuandola sumade salesdisueltas tieneconcentraciones sobre 1000 ppm, por lo que es recomendable en estoscasos hacer pruebas de tiempo de fraguado. Hay evidencias que en estascondiciones pueden incrementarse las reacciones lcali-slice en losagregados, que veremos en detalle en el captulo siguiente.Los carbonatos de Calcio y Magnesio no son muy solubles en el agua y enconcentraciones hasta de 400 ppm no tienen efectos perceptibles en elconcreto.El Sulfato de Magnesio y el Cloruro de Magnesio en contenidos hasta de25,000 ppm no han ocasionado efectos negativos en investigacionesllevadas a cabo en USA, pero sales de Zinc, Cobre y Plomo como las quepueden tener las aguas contaminadas con relaves mineros, en cantidadessuperiores a 500 ppm. tienen efectos muy negativos tanto en el fraguadocomo en las resistencias.La materia orgnica por encima de las 1,000 ppm reduce resistencia eincorpora aire.El criterio que establece la Norma Itintec 339.088 y el Comit ACI318(Ref. 4.5) para evaluar la habilidad de determinada agua paraemplearse en concreto, consiste en preparar cubos de

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